JP6764929B2 - スチレン系ブロックコポリマー組成物 - Google Patents

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Description

本開示は、化学、特にポリマー化学の分野に関する。本開示は、アニオン性ポリマーのカップリングに、ならびに非カップリングポリマー、直鎖ポリマーおよびラジアルポリマーを含有するポリマー組成物を生じる、このようなカップリングポリマーの水素添加に関する。
スチレンブロックコポリマーは、例えば米国特許第7,625,979号、第7,001,956号、第7,166,672号および第7,220,798号に記載されている。
米国特許第7,625,979号は、1種以上の共役ジエンおよび1種以上のモノアルケニルアレーンのリチウム末端ポリマーが、得られるポリマー組成物が約10重量%未満の非カップリングポリマージブロックを含有するように、式:Rx−Si−(OR’)yを有するアルコキシシランカップリング剤との反応によりカップリングされることを開示し、式中、xは0または1であり、x+y=4であり、RおよびR’は同じであるかまたは異なり、Rはアリール炭化水素基、直鎖アルキル炭化水素基および分枝アルキル炭化水素基から選択され、R’は直鎖および分枝アルキル炭化水素基から選択される。ポリマー組成物は続いて選択的に水素添加される。
米国特許第7,001,956号は、モノアルケニルアレーンと共役ジエンとの新規アニオン性ブロックコポリマーから調製された物品、およびこのようなブロックコポリマーと他のポリマーとのブレンドを開示している。ブロックコポリマーは、選択的に水素添加され、モノアルケニルアレーン末端ブロックおよび共役ジエン中間ブロックを有する。ブロックコポリマーは、オレフィンポリマー、スチレンポリマー、非晶質樹脂およびエンジニアリング熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の他のポリマーとブレンドされてよい。
米国特許第7,166,672号は、モノアルケニルアレーンと共役ジエンとの新規アニオン性ブロックコポリマーから調製されたゲル、およびこのようなブロックコポリマーとこのようなポリマーとのブレンドを開示している。ブロックコポリマーは選択的に水素添加され、AポリマーブロックおよびBポリマーブロックを有し、Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Bは共役ジエンのポリマーブロックを表す。ブロックコポリマーは粘着付与樹脂、油および他の成分と組み合わせてゲルを形成し得る。
米国特許第7,220,798号は、得られるポリマー組成物が約10重量%未満の非カップリングポリマージブロックを含むように、式:R−Si−(OR′)を有するアルコキシシランカップリング剤との反応によってカップリングされる、1種以上の共役ジエンおよび1種以上のモノアルケニルアレーンのリチウム末端ポリマーを開示し、式中、xは、0または1であり、x+y=4であり、RおよびR′は同じであるかまたは異なり、Rはアリール炭化水素基、直鎖アルキル炭化水素基および分枝鎖アルキル炭化水素基から選択され、R’は直鎖および分岐アルキル炭化水素基から選択される。ポリマー組成物は続いて選択的に水素添加される。
米国特許第7,625,979号明細書 米国特許第7,001,956号明細書 米国特許第7,166,672号明細書 米国特許第7,220,798号明細書
しかし、低粘度、高引張強度および/または等方性の機械的特性を適切なバランスで有する、スチレン系ブロックコポリマーを製造する必要性がなお存在する。
本開示は、ブロックコポリマー組成物であって、
a.一般式:(A−B)4Xで表される、数平均分子量が40,000から120,000の四分岐ブロックコポリマー(IV)
b.一般式:(A−B)3Xで表される、数平均分子量が30,000から90,000の三分岐ブロックコポリマー(III)、
c.一般式:(A−B)2Xで表される、数平均分子量が20,000から60,000の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
d.一般式:A−Bで表される、重量平均分子量が10,000から30,000の直鎖ジブロックコポリマー(I)
を含み、式中、
i.Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Aブロックは4,000から7,500g/molの範囲の数平均分子量を有し、
ii.Bは共役ジエンのポリマーブロックを表し、Bブロックは7,000から20,000g/molの範囲の数平均分子量を有し、および
iii.Xはアルコキシシランカップリング剤の残基を表す、
ブロックコポリマー組成物を提供する。
幾つかの実施形態において、アルコキシシランカップリング剤は、式:Rx−Si−(OR’)yを有し、式中、xは0または1であり、x+y=4であり、RおよびR’は同じであるか、または異なり、Rはアリール炭化水素基、直鎖アルキル炭化水素基および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択され、R’は直鎖および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択される。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、
a.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の四分岐ブロックコポリマー(IV)、
b.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の三分岐ブロックコポリマー(III)、
c.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
d.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の直鎖ジブロックコポリマー(I)を含む。
実施例5(黒丸)および比較例E(黒四角)の粘度対温度のプロットを示す。 実施例6のサンプルのキャピラリー剪断粘度のプロットである。 実施例11からのサンプルのキャピラリー剪断粘度のプロットである。
本開示は、ブロックコポリマー組成物であって、
a.一般式:(A−B)4Xで表される、数平均分子量が40,000から120,000の四分岐ブロックコポリマー(IV)
b.一般式:(A−B)3Xで表される、数平均分子量が30,000から90,000の三分岐ブロックコポリマー(III)、
c.一般式:(A−B)2Xで表される、数平均分子量が20,000から60,000の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
d.一般式:A−Bで表される、数平均分子量が10,000から30,000の直鎖ジブロックコポリマー(I)
を含み、式中、
i.Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Aブロックは4,000から7,500g/molの範囲の数平均分子量を有し、
ii.Bは共役ジエンのポリマーブロックを表し、Bブロックは7,000から20,000g/molの範囲の数平均分子量を有し、および
iii.Xはアルコキシシランカップリング剤の残基を表す、
ブロックコポリマー組成物を提供する。
幾つかの実施形態において、アルコキシシランカップリング剤は、式:Rx−Si−(OR’)yを有し、式中、xは0または1であり、x+y=4であり、RおよびR’は同じであるか、または異なり、Rはアリール炭化水素基、直鎖アルキル炭化水素基および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択され、R’は直鎖および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、
a.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の四分岐ブロックコポリマー(IV)、
b.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の三分岐ブロックコポリマー(III)、
c.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
d.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の直鎖ジブロックコポリマー(I)を含む。
幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、25℃の20重量%のトルエン中で測定したときに、100から400センチポアズ(cP)の範囲の溶液粘度を有する。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、140から375センチポアズ(cP)の範囲の溶液粘度を有する。溶液粘度は、以下のように記載する方法を使用して求められ得る。既知重量の量のポリマーをトルエンに溶解させて、20%のポリマー濃度を得る。塊状に見えるまたは固く保持された泡が目視できる場合、ポリマーは溶解していないことがある。ポリマーが完全に溶解して、トルエン中に取り込まれたら、20%ポリマー:80%トルエン溶液約8.5から10グラムを、気泡を混入させずに、使い捨てアルミニウムBrookfield粘度管中にデカンテーションする。サンプルおよび粘度試験管を室温25℃±0.4℃にてBrookfield「Thermosel」内に置く。Brookfield SC4−21(剪断速度(秒−1)=0.93N)粘度スピンドルをBrookfield DV2T回転粘度計と共に使用した。次いで、サンプルを複数のスピンドルRPMで測定して、幾つかの異なる剪断速度の試験ができるようにする。RPMの各変化の間に粘度の読み取り値が安定するまでサンプルを調整する。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、荷重5kg、230℃にて測定したときに、20から200g/10分の範囲のメルトフローレートを有する。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、荷重5kg、230℃にて測定したときに、25から110g/10分の範囲のメルトフローレートを有する。
幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、溶融キャストフィルムで測定したときに、2000から8000psiの範囲の引張強度を有する。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、溶融キャストフィルムで測定したときに、ASTM D412による4000から6000psiの範囲の引張強度を有する。
本明細書および特許請求の範囲を通じて、全ての標準引張強度値は、ASTM D638またはASTM D412に従って測定される。
ASTM D638は、「Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics」という表題である。「ASTM D638」という用語は、本明細書で使用する場合、本明細書に記載のポリマー材料から調製された物品の機械強度測定値を求める標準試験方法を示す。試験片は棒形状であることが多いが、試験される材料に適切な他の形状も使用することができる。試験手順は、通例、引張試験を実施するために特に設計した自動装置によって行う。装置内の2つの把持器具は、相互から特定の距離で試験片に留められる。装置は、把持器具を相互から離して移動させて、試験片を引き離し、破壊するまで引き伸ばす。引張弾性率は、通例、パスカル、ポンド/平方インチまたは他の適切な単位で与えられる。この試験方法は、2014年12月15日に公開され、これの内容は、この全体が参照により本明細書に組み入れられる。
ASTM D412は、「Standard Test Method for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers−Tension」という表題である。用語「ASTM D412」という用語は、本明細書で使用する場合、加硫熱硬化性ゴムおよび熱可塑性エラストマーの引張(張力)特性を求めるための標準試験方法を示す。ダンベル直線区間試験片またはカットリング試験片を使用することができる。ASTM D412に従って本明細書で実施した全ての試験では、ミニDダイを用いて試験片を切断し、50mm/分の引張速度を使用した。この試験方法は、2015年12月1日に公開され、これの内容は、この全体が参照により本明細書に組み入れられる。参照ASTM規格については、ASTMのウェブサイトwww.astm.orgにアクセスするか、ASTM Customer Service(service@astm.org)に連絡すること。
幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、MD/CD 300%弾性率に基づくおよび/または1.4未満の引張強度に基づく異方性比を有する。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマー組成物は、MD/CD 300%弾性率に基づくおよび/または1から1.4未満の範囲に及ぶ引張強度に基づく異方性比を有する。
特定の実施形態において、スチレンブロックサイズの範囲は4から7.5kg/molであり、ブタジエンブロックサイズは7kg/mol以上20kg/mol未満であり、ブロックコポリマー組成物は良好な機械的特性ならびに低い融点および溶液粘度を有する。スチレンブロックサイズが6.0kg/mol未満であるか、またはポリスチレンのパーセンテージが30%未満である(好ましくは25%に近い)場合、所望の特性を有する二軸フィルムを得ることができる。
一実施形態において、本開示は、式:P−Liを有するリビングリチウム末端ポリマー(式中、Pは、4から12個の炭素原子を有する1以上の共役ジエンおよび8から18個の炭素原子を有する1以上のモノアルケニルアレーンのコポリマー鎖である)をアルコキシシランカップリング剤と反応させるステップを含む方法である。本開示のポリマー鎖P中に重合することができる好ましい非環式共役ジエンは、4から8個の炭素原子を含有するものである。このような共役ジエンの例としては、1,3−ブタジエン(特許請求の範囲および明細書の他の箇所では「ブタジエン」と呼ぶ)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、ピペリレン、3−ブチル−1,3−オクタジエン、イソプレン、2−フェニル−1,3−ブタジエンが挙げられる。
ジエンと共に重合してポリマー鎖Pを形成することができるモノアルケニルアレーンは、好ましくは、スチレン、メチルスチレン、特に3−メチルスチレン、プロピルスチレン、特に4−プロピルスチレン、ブチルスチレン、特にp−t−ブチルスチレン、ビニルナフタレン、特に1−ビニルナフタレン、シクロヘキシルスチレン、特に4−シクロヘキシルスチレン、p−トリルスチレンおよび1−ビニル−5−ヘキシルナフタレンからなる群から選択されるものである。
ポリマー鎖Pは、定義された共役ジエンモノマーのホモポリマーであることができ、またはジエンモノマーとモノアルケニル置換芳香族モノマーとのコポリマーであることができる。コポリマーは次に、ランダムまたはテーパーコポリマー、ならびにこれらの様々なモノマーのブロックコポリマーであることができる。現在好ましいモノマーはイソプレン、1,3−ブタジエンおよびスチレンである。現在好ましいポリマー鎖Pは、共役ジエンが多量に存在し、モノビニル置換アレーンが少量存在するものである。モノアルケニルアレーン含有量が全ブロックコポリマーの約5から約50重量%、より好ましくは約10から約35重量%であることが好ましい。
本開示の好ましいポリマーは、4から12個の炭素原子を有する共役ジエンのホモポリマーおよび4から12個の炭素原子の少なくとも1種のジエンのコポリマーからなる群から選択されるリビングリチウム末端ポリマーをカップリングすることによって得られるポリマーである。
この開示の別の実施形態により、式:P−Liを有するリビングポリマーと上記で定義したカップリング剤との間のカップリング反応を含む上で定義したポリマーの製造方法が提供され、式中、Liはリチウムであり、Pは上記の通りである。
存在するリビングポリマーP−Liの量に対して使用されるカップリング剤の量は、カップリングの程度および所望のカップリングされたポリマーの特性に大きく依存する。好ましくは、上で定義したカップリング剤は、リチウム、P−Li 1モル当たり約0.35から約0.7モルのカップリング剤、より好ましくはポリマー中に存在するリチウム、P−Liに対して約0.4から約0.55モルのカップリング剤、最も好ましくはリチウム、P−Li 1モル当たり約0.45モルのカップリング剤の範囲で使用される。ケイ素カップリング剤のリチウム鎖末端に対するモル比Si/Li(mol/mol)がより低いと、高レベルのカップリングを実現するためのカップリング剤が不十分であり、より低いSi/Liモル比が用いられると、カップリング効率は低下し始める。カップリングのレベルがより低いと、強度のより低いブロックコポリマー生成物が得られる傾向があり、非結合のアームが、ブロックコポリマー中の強度形成ネットワークを希薄化除去(dilute out)する傾向がある。より低いSi/Liモル比の使用によるさらなる問題は、高転化率において、カップリング反応を進めて4アームカップリング生成物をより高レベル化する傾向があることである。4アームカップリング生成物は、溶融物中の過剰な粘度の一因となって生成物の溶融加工をより困難にし得る。より低いSi/Li(mol/mol)比はまた、溶融加工がより困難なより脆弱な生成物が得られることがあるため、好ましくない。
他方、約0.7を超えるSi/Li(mol/mol)比も好ましくない。Si/Li(mol/mol)=0.5では、全ての鎖末端を直鎖2アーム生成物にカップリングするのに十分なカップリング剤が存在し、これが好ましい結果である。Si/Li(モル/モル)がより高いレベルでは、カップリング剤が過剰に添加されるのみである。試薬を過剰に添加すると、カップリングポリマーの品質に有利なことはなく、加工の追加コストの一因となる。約0.7を超える大きい比では、過剰なカップリング剤は、リビング鎖末端を共に結合することなくキャップする傾向があり、このことはより高いSi/Liモル比でのカップリング効率の低下の一因となる。カップリング効率がより低いと、強度のより低いブロックコポリマー生成物が得られる。約0.7を超えるSi/Li(mol/mol)比を使用すると、加工のコストを不必要に増加させ、より低品質のカップリングポリマーが得られる。
上記のように、本開示で使用するカップリング剤は、一般式:Rx−Si−(OR’)yのアルコキシシランであり、式中、xは0または1、x+y=4であり、RおよびR’は同じであるか、または異なり、Rはアリール、直鎖アルキルおよび分岐アルキル炭化水素基から選択され、R’は直鎖および分岐アルキル炭化水素基から選択される。アリール基は、好ましくは6から12個の炭素原子を有する。アルキル基は、好ましくは1から12個の炭素原子、より好ましくは1から4個の炭素原子を有する。好ましいテトラアルコキシシランは、テトラメトキシシラン(「TMSi」)、テトラエトキシシラン(「TESi」)、テトラブトキシシラン(「TBSi」)およびテトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン(「TEHSi」)である。好ましいトリアルコキシシランは、メチルトリメトキシシラン(「MTMS」)、メチルトリエトキシシラン(「MTES」)、イソブチルトリメトキシシラン(「IBTMO」)およびフェニルトリメトキシシラン(「PhTMO」)である。これらの中でも、テトラエトキシシランおよびメチルトリメトキシシランがより好ましい。
カップリング反応が実施される温度は、広範囲にわたって変化させることができ、便宜上、重合温度と同じであることが多い。温度は、約0℃から150℃の広い範囲で変化させることができるが、好ましくは約30℃から100℃、より好ましくは約55℃から約80℃の範囲内となる。
カップリング反応は、通常、カップリング剤を未希釈または溶液で、リビングポリマー溶液と単に混合することによって行われる。反応時間は通例非常に短く、反応器中の混合速度の影響を受けることがある。カップリング反応の通常の持続時間は、1分から1時間の範囲となる。低温ではより長いカップリング時間が必要なことがある。
カップリング反応の後、結合ポリマーを回収してもよく、または所望ならば、結合ポリマーをポリマーのジエン部分の選択的水素添加に供してもよい。水素添加は一般に、最終ポリマーの熱安定性、紫外線安定性、酸化安定性および耐候性を改善する。カップリング剤が水素添加触媒を妨害しないか、またはさもなければ「損な」わないことは重要である。
水素添加は、幾つかの水素添加または選択的水素添加ステップのいずれかによって行うことができる。例えばこのような水素添加は、例えば米国特許第3,494,942号、第3,634,594号、第3,670,054号、第3,700,633号および米国特許第Re.27,145号に開示されたものなどの方法を使用して達成されている。これらの方法は、芳香族またはエチレン性不飽和を含有するポリマーに水素添加するよう機能しており、好適な触媒の作用に基づいている。このような触媒または触媒前駆体は、好ましくは、第VIII族金属(例えば、ニッケルまたはコバルト)と、好適な還元剤[例えば、アルミニウムアルキルまたは元素周期律表の第I−A族、第II−A族および第III−B族より選択される金属(特にリチウム、マグネシウムもしくはアルミニウム)のヒドリド]を組み合わせることが含まれる。この水素添加は、好適な溶媒または希釈剤中で約20℃から約60℃の温度および約2バールから約10バールの圧力にて達成することができる。有用である他の触媒としては、チタン系触媒系および種々の不均一触媒が挙げられる。
水素添加は、共役ジエン二重結合の少なくとも約90パーセントが還元され、およびアレーン二重結合の0から10パーセントが還元されるような条件下で行うことができる。好ましい範囲は、共役ジエン二重結合の少なくとも約95パーセントが還元され、およびさらに好ましくは、共役ジエン二重結合の約98パーセントが還元されている。または、芳香族不飽和も上記の10パーセントレベルを超えて還元されるように、ポリマーに水素添加することも可能である。この場合、共役ジエンおよびアレーンの両方の二重結合が90パーセント以上還元されてよい。
アルコールの添加による不動態化を伴わずにカップリング剤としてテトラメトキシシランを使用する場合、ポリマーは水素添加により劣化する傾向があることが見出されている。劣化は、Siカップリング中心でアームを切断することによると思われる。カップリングの完了後および水素添加前に、カップリングポリマーをメタノールなどのアルコールと接触させることによって、劣化を低減または排除することができる。この場合、アルコールのP−Liに対する比は、P−Li 1モル当たり約1から1.5モルのアルコールであることが好ましい(ここで、計算上P−Liの量は、カップリング剤の添加前に存在していたリビング鎖末端の量に基づく)。しかし、カップリング剤としてテトラエトキシシランまたはテトラブトキシシランを用いる場合には、アルコールの必要量ははるかに少ないことが見出されている。この状況では、アルコールのP−Liに対する比は、P−Li 1モル当たり約0.05から約0.5モルのアルコールであるべきである。同様に、MTMSまたはIBTMOなどのトリアルコキシシランを使用する場合、水素添加の前に2−エチルヘキサノールなどのアルコールを添加することが好ましい。例えば、アルコールは、P−Li 1モル当たり約0.05から約0.5モルのアルコールのアルコール対P−Liの比で、水素添加の前に添加することができる。
水素添加の後、水素添加ポリマーは、水性酸溶液を添加して重合開始剤および水素添加触媒の残留物を除去するなどの標準技法によって清浄化され得る。通常、ポリマーの単離前に、酸化防止剤を反応混合物に添加することが好ましい。
スチームストリッピングまたはアルコールもしくは水などの好適な非溶媒を用いた凝固などの標準技法によって、ポリマーを反応混合物から分離する。スチームストリッピングの場合、ポリマークラムを、サイクロン通じた向流によって揮発性溶媒から分離してもよい。同様に、凝固したポリマークラムを、遠心分離または濾過によって液体溶媒相から分離してもよい。または、セメントを脱揮押出機に通過させてよってポリマーを回収してもよい。残留溶媒および他の揮発性物質は、場合により減圧下または強制通気中で加熱することにより、単離されたポリマーから除去することができる。
本開示のさらなる実施形態により、上で定義したポリマーの製造法を提供する。この方法は基本的に3つのステップを含む。第1のステップは、式:P−Liを有するリビングポリマーを製造するステップである。第2のステップは、このリビングポリマーを上で定義した本開示のカップリング剤とカップリングさせるステップである。任意である第3のステップは、水素添加ステップである。
この方法の第1ステップは、単官能性リチウム開始剤系をそれぞれの1種以上のモノマーと反応させて、リビングポリマー鎖P−Liを形成することによって実施される。この重合ステップは、1つのステップまたは一連のステップで行うことができる。ポリマー鎖Pがホモポリマーまたは2種以上のモノマーのランダムまたはテーパードコポリマーである場合、モノマーはリチウム開始剤と同時に重合される。ポリマー鎖Pが2個以上のホモポリマーブロックまたはコポリマーブロックを含むブロックコポリマーである場合、これらの個々のブロックは増分または逐次モノマー付加によって生成することができる。
一般に用いられるモノマーならびに好ましく使用されるモノマーは、本開示の新規ポリマーに関連して上で定義されている。これらのモノマーは、本開示の方法にとっても好ましい。
本開示のカップリングポリマーを製造するための本方法の第1ステップで使用されるリチウム系開始剤系は、一般式:R”Liを有するリチウムを主成分とし、式中、R”は1から約20個の炭素原子のヒドロカルビル基である。このようなリチウム開始剤の例としては、メチルリチウム、イソプロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、t−オクチルリチウム、n−ドデシルリチウム、n−エイコシルリチウム、フェニルリチウム、ナフチルリチウム、p−トリルリチウム、4−フェニルブチルリチウム、シクロヘキシルリチウムおよび4−シクロヘキシルリチウムが挙げられる。用いられるリチウム開始剤の量は、ポリマーの所望の特性、特に所望の分子量によって変わる。通常、有機モノリチウム開始剤は、全モノマー100g当たり約0.1から約100gミリモルの範囲で用いられる。
重合反応は、炭化水素希釈剤の存在下で行われる。好ましくは、炭化水素希釈剤は、4から10個の炭素原子を有するパラフィン系、シクロパラフィン系もしくは芳香族炭化水素またはこのような希釈剤の混合物である。希釈剤の例としては、n−ヘキサン、ヘキサン、n−ヘプタン、ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、イソペンタン、ベンゼンおよびトルエンが挙げられる。反応は一般に、希釈剤のモノマーに対する重量比が1を超えるように行われる。好ましくは、希釈剤は、全モノマー100重量部当たり約200から約1000重量部の量で用いる。
各種のブロックの分子量を制御することも重要である。ABブロックコポリマー組成物に関して、各Aブロックについて、所望のブロックの数平均分子量は、約4,000(g/mol)から約7,500(g/mol)の範囲に及び得る。幾つかの例において、Aブロックは、4,000から約7,000の範囲に及ぶ数平均分子量を有し得る。幾つかの例において、Aブロックは、約4,000から約6,500(g/mol)の範囲に及ぶ数平均分子量を有し得る。
各Bブロックについて、数平均分子量は7,000から20,000の範囲に及ぶ。幾つかの実施形態において、Bブロックは7,000から20,000未満の範囲に及ぶ数平均分子量を有する。幾つかの実施形態において、Bブロックは、12,000から19,500(g/mol)の範囲に及ぶ数平均分子量を有する。特定の実施形態において、Bブロックは13,000から19,000の数平均分子量を有する。
以下に、ポリマー中間ブロックまたは「B」ブロックをキャラクタリゼーションするために使用する方法について説明する。
最初のスチレンブロックの後にポリマー中間ブロックが形成されるのは重合の性質である。ステップIIで(即ち、最初のスチレンブロックの形成後)形成されたポリマー中間ブロックは、中間ブロックを単独で分析することができないため、最初のスチレンブロックと組み合わせて分析する必要があり、中間ブロックをキャラクタリゼーションするパラメータを決定するために、最初のスチレンブロックの寄与を総和から差し引く必要がある。4つの実験量を使用して、ポリマー中間ブロック(Mid PSC)中のスチレン含有量のパーセントおよびポリマー中間ブロック中のブロック状スチレン(Mid−Blocky)のパーセントを計算する(中間ブロックについての%BD12は、ステップIスチレンブロックからのBD寄与を補正する必要なしに、直接測定される)。
ポリブタジエン組成物およびポリスチレン組成物の分子量は、リビング重合中に反応混合物をサンプリングし、H−NMRを行うことによって得た。これらの「生データ」は、サンプルの累積ポリスチレン含有量からステップIの間に形成されたポリスチレンブロックのポリスチレン成分を差し引くことによって調整した。残りの部分は、各サンプルのステップIIブロックのポリスチレン成分(即ちBブロック)となる。モルでのポリブタジエン含有量のモルでのポリスチレン含有量に対する比(このようにして計算した)を、各実験における各アリコートについての転化レベルに対してプロットした。各サンプルのステップIIブロックの分子量は、サンプルの分子量からステップIブロックの分子量を差し引くことによって得た。最終サンプルのステップIIブロック(即ちBブロック)の分子量は、この領域の全分子量(即ち100%の転化率)とした。
本明細書で使用する「分子量」、「真の分子量」または「数平均分子量」という用語は、別途規定しない限り、真の数平均分子量を示す。分子量は、既知の数平均分子量を有するポリブタジエン標準で較正したゲル透過クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した。ポリスチレン標準も業界で一般的に使用されるが、真の分子量測定値を与えない。既知の分子量のポリブタジエン標準およびポリスチレン標準の両方で分子量を測定することにより、ポリスチレン標準に従って測定した、真の分子量と見かけの分子量との間で換算するためのGPC計算係数をただちに計算することができる。本明細書に記載のブロックコポリマーの見かけの数平均分子量を真の数平均分子量に換算するGPC係数は、0.60から0.70の間である。全てのサンプルのGPC溶媒はテトラヒドロフランであった。
Bブロック中の共役ジエンの微細構造またはビニル含有量を制御することも重要である。用語「ビニル」は、1,3−ブタジエンが1,2付加機構によって重合される場合に生成されるポリマー生成物を説明するために使用されている。結果は、ポリマー骨格に吊り下がった一置換オレフィン基、即ちビニル基である。イソプレンのアニオン重合の場合、3,4付加機構によるイソプレンの挿入によって、ポリマー骨格に吊り下がったジェミナルジアルキルC=C部分が得られる。イソプレンの3,4付加重合のブロックコポリマーの最終的な特性に対する影響は、ブタジエンの1,2付加による影響と類似している。共役ジエンモノマーとしてのブタジエンの使用についていう場合、ポリマーブロック中の縮合ブタジエン単位の約10から80molパーセントが1,2付加構造を有することが好ましい。好ましくは、縮合ブタジエン単位の約30から約80molパーセントが1,2付加構造を有するべきである。共役ジエンとしてのイソプレンの使用についていう場合、ブロック中の縮合イソプレン単位の約5から80molパーセントが3,4付加構造を有することが好ましい。ポリマー微細構造(共役ジエン付加方式)は、微細構造調節剤として、エーテル、例えばジエチルエーテル、ジエーテル、例えば1,2−ジエトキシプロパンまたはアミンを希釈剤に添加することによって効果的に制御される。微細構造改質剤のリチウムポリマー鎖端に対する好適な比は、米国特許第Re.27,145号で開示および教示されている。
ステップ1における重合反応は、通例、2、3分から約6時間の範囲に及ぶ時間内に起こる。好ましくは、反応は、約10分から約2時間の時間内に実施される。重合温度は重要ではなく、一般に30℃から約100℃の範囲、好ましくは約55℃から約85℃の範囲となる。
重合の終了時に、第2のカップリングステップを実施するために、重合混合物をカップリング剤とブレンドする。これは、重合反応を終了させ、ポリマー鎖末端からリチウム原子を除去する任意の材料を反応混合物に添加する前に行う。従って、重合混合物とカップリング剤とのブレンドは、水、酸またはアルコールなどの任意の材料を添加してリビングポリマーを不活性化する前に行う。リビングポリマーをカップリングする第2のステップはこのため、以上のようにして行う。第3のステップは水素添加であり、これも上で詳細に記載されている。
一実施形態において、四分岐(IV)、三分岐(III)、二分岐(II)および直鎖ジブロック(I)種の相対量は、0から90重量%の四分岐IV、0から90重量%の三分岐III、0から90重量%の二分岐IIおよび0から90重量%の直鎖ジブロックIである。別の実施形態において、四分岐(IV)、三分岐(II)、二分岐(II)および直鎖ジブロック(I)種の相対量は、0から60重量%の四分岐IV、0から60重量%の三分岐III、0から95重量%の二分岐IIおよび0から70重量%の直鎖ジブロックIである。また別の実施形態において、四分岐(IV)、三分岐(II)、二分岐(II)および直鎖ジブロック(I)種の相対量は、0から5重量%の四分岐IV、0から60重量%の三分岐III、40から95重量%の二分岐IIおよび2から10重量%の直鎖ジブロックIである。好ましい量は、0から5重量%のIV、0から36重量%のIII、60から95重量%のIIおよび4から8重量%のIである。
ブロックコポリマー組成物は、約90から98重量%、好ましくは約92から約98重量%、最も好ましくは90%以上のカップリング効率(「CE」)を有する。カップリング効率は、カップリング反応の完了時にカップリング剤の残基を介して結合された、カップリング剤が添加された時点で活性であったポリマー鎖末端の割合P−Liとして定義される。実際には、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)データを用いて、ポリマー生成物のカップリング効率を計算する。全てのカップリング種(II+III+IV)のGPC曲線下面積の和を、カップリングされた全ての部分のGPC曲線下面積および開始時の非カップリングポリマー種(I+II+III+IV)の曲線下面積の和で除算する。この比に100を掛けて、カップリング効率をパーセンテージ値に変換する。
幾つかの実施形態において、ブロックコポリマーは、追加の官能基または部分を含むように官能化される。例えば、ブロックコポリマーはマレイン化されてよい。マレイン化ポリオレフィンは、無水マレイン酸をブロックコポリマーにグラフトすることなどの任意の適切な方法を使用して得てよい。
ブロックコポリマーのマレイン化は、溶融物中、溶液中または固体状態で行ってよく、マレイン化方法は連続的でもバッチ式でもよい。マレイン化を促進するために、過酸化物およびアゾ化合物を含む様々なフリーラジカル開始剤を使用してよい。マレイン化剤としては、無水マレイン酸などの無水物、フマル酸などの不飽和ジカルボン酸、または米国特許第5,219,940号の6から7列に記載されている他のマレイン化剤が挙げられる。幾つかの実施形態において、ブロックコポリマーは約0.5重量%から約2重量%のマレイン化を含む。従って、本開示は、マレイン酸または無水物との反応によって官能化された水素添加スチレン系ブロックコポリマーについて検討する。このような官能化ポリマーは、オーバーモールディング、タイ層、接着剤およびコーティングの用途またはポリアミドもしくはエポキシ樹脂などの特定のエンジニアリング熱可塑性樹脂との相溶性においてなど、金属または他の極性ポリマーへの接着が重要である場合に、特に有用となるさらなる極性を有する。
代替的実施形態において、本開示のブロックコポリマーは、幾つかの方法で官能化され得る。1つの方法は、カルボン酸基およびこれの塩、無水物、エステル、イミド基、アミド基ならびに酸塩化物などの1個以上の官能基を有する不飽和モノマーまたはこれの誘導体を用いる処理による。ブロックコポリマーにグラフトされる好ましいモノマーは、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸およびこれの誘導体である。このようなブロックコポリマーの官能化のさらなる説明は、Gergen et al.、米国特許第4,578,429号および米国特許第5,506,299号に見出すことができる。別の方法では、本開示の選択的水素添加ブロックコポリマーは、米国特許第4,882,384号に記載されているように、ポリマーにケイ素またはホウ素含有化合物をグラフトすることによって官能化され得る。なお別の方法では、ブロックコポリマーをアルコキシシラン化合物と接触させてシラン変性ブロックコポリマーが形成され得る。また別の方法では、ブロックコポリマーは、米国特許第4,898,914号に記載されているように、少なくとも1つのエチレンオキシド分子をポリマーにグラフトすることによって、または米国特許第4,970,265号に記載されているように、ポリマーを二酸化炭素と反応させることによって官能化され得る。またさらに、本開示のブロックコポリマーは、ポリマーをリチウムアルキルなどのアルカリ金属アルキルと接触させる、米国特許第5,206,300号および第5,276,101号に記載されているように、メタレート化され得る。またさらに、ブロックコポリマーは、米国特許第5,516,831号に記載されているように、スルホン酸基をポリマーにグラフトすることによって官能化されてもよい。この段落で触れた全ての特許は、参照により本出願に組み入れられている。
幾つかの実施形態において、本明細書で提供される組成物および物品は、以下の組成物のいずれか1つに由来し得る。
本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、これに限定されるわけではないが、SIS、SBS、SEBS、SIBS、S−イソブチレン−S、SEPSおよびSEEPSを任意の比率で含む、任意の他のブロックコポリマーとブレンドしてよい。
本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、組成物の総重量に対して1から60重量%の粘着付与樹脂とブレンドしてよい。
粘着付与樹脂は、ポリスチレンブロック相溶性樹脂および中間ブロック相溶性樹脂を含む。ポリスチレンブロック相溶性樹脂は、クマリン−インデン樹脂、ポリインデン樹脂、ポリ(メチルインデン)樹脂、ポリスチレン樹脂、ビニルトルエン−αメチルスチレン樹脂、αメチルスチレン樹脂およびポリフェニレンエーテル、特にポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)の群から選択され得る。このような樹脂は例えば商標「HERCURES」、「ENDEX」、「KRISTALEX」、「NEVCHEM」および「PICCOTEX」で販売されている。他の適切なポリスチレン相溶性粘着付与剤は、ロジンエステル、スチレン化テルペン、ポリテルペンおよびテルペンフェノール樹脂である。これらの粘着付与剤は、ロジンエステルではSylvalite(R)、Sylvatac(R)またはSylvamelt(R)、スチレン化テルペンではZonatac(R)、ポリテルペンおよびテルペンフェノール樹脂についてはSylvares(R)の商標で販売され、全てArizona Chemical Co.(R)製である。さらに、アルファメチルスチレンおよびパラメチルスチレンなどの様々なアルキルアレーンモノマーのコポリマーは好適な粘着付与剤である。これらの粘着付与剤は、Eastman Chemical Co.によってENDEX(R)の名称で販売されている。ポリスチレンブロック相溶性樹脂の1つの具体例は、環球軟化点が159℃である芳香族炭化水素樹脂であるEndex 160である。
水素添加(中間)ブロックと相溶性の樹脂は、相溶性C炭化水素樹脂、水素添加C炭化水素樹脂、スチレン化C樹脂、C/C樹脂からなる群から選択され得る。本発明では、C粘着付与樹脂の除去または著しい減少が重要な目標であるため、以下の非0樹脂、即ち、スチレン化テルペン樹脂、完全水素添加または部分水素添加C炭化水素樹脂、ロジンエステル、ロジン誘導体、ジシクロペンタジエンおよびこれらの混合物が好ましい。これらの樹脂は、商品名「WINGTAC」、「REGALITE」、「REGALREZ」、「ESCOREZ」、「ENDEX」、「EASTOTAC」および「ARKON」で販売されている。本発明において特に有用なのは、環球軟化点が100℃の水素添加炭化水素樹脂である、Eastman Chemical製Eastotac H−100Wである。本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、最終組成物の総重量に対して1から60重量%の油とブレンドしてよい。例えば、組成物を伸展油とブレンドしてもよい。一態様において、伸展油は、処理蒸留芳香族抽出物(TDAE)、軽度抽出溶媒和物(MES)、残留芳香族抽出物(RAE)、処理芳香族抽出物(TAE)、ナフテン油、黒ナフテン油ならびに植物油、例えばヒマワリ油、カルナバ油、アマニ油、ナタネ油および植物性脂肪酸およびトール油脂肪酸からのこれの誘導体が挙げられる。別の態様では、ブロックコポリマー組成物は、鉱油(パラフィン系、ナフテン系または芳香族系)を含み得る。
本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、1種以上の充填剤とブレンドされてよい。
本開示のポリマーブレンドは、本開示の範囲から逸脱することなく、他のポリマー、油、充填剤、補強剤、酸化防止剤、安定剤、難燃剤、アンチブロッキング剤、潤滑剤ならびに他のゴムおよびプラスチック配合成分とさらに配合され得る。使用され得る様々な充填剤の例は、1971−1972 Modern Plastics Encyclopedia、240−247ページに見出される。強化材料は、ポリマーの強度を向上させるために樹脂マトリックスに添加される材料として単に定義されてよい。これらの強化材料の大半は、高分子量の無機または有機生成物である。種々の例としては、ガラス繊維、アスベスト、ホウ素繊維、炭素およびグラフィック繊維、ウィスカー、石英およびシリカ繊維、セラミック繊維、金属繊維、天然有機繊維および合成有機繊維が挙げられる。とりわけ好ましいのは、得られる強化ブレンドの総重量に対して約2から約80重量パーセントのガラス繊維を含有する本組成物中の強化ポリマーブレンドである。種々のシランなどのカップリング剤を強化ブレンドの調製に用いてよい。
本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、最終組成物の総重量に対して1から95重量%の1種以上のポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、アタクチックポリアルファオレフィン、これのコポリマー)とブレンドしてよい。
オレフィンポリマーとしては、例えばエチレンホモポリマー、エチレン/アルファ−オレフィンコポリマー、プロピレンホモポリマー、プロピレン/アルファ−オレフィンコポリマー、高衝撃性ポリプロピレン、ブチレンホモポリマー、ブチレン/アルファ−オレフィンコポリマーおよび他のアルファ−オレフィンコポリマーまたはインターポリマーが挙げられる。非晶質ポリアルファオレフィンも本明細書に含まれる。代表的なポリオレフィンとしては、例えばこれに限定されるわけではないが、実質的に直鎖のエチレンポリマー、均一分枝直鎖エチレンポリマー、不均一分枝直鎖エチレンポリマーが挙げられ、不均一分枝直鎖エチレンポリマーは直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、極低密度または超低密度ポリエチレン(ULDPEまたはVLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)および高圧低密度ポリエチレン(LDPE)を含む。以下に含まれる他のポリマーは、メタロセンポリオレフィンコポリマーエラストマー、例えばVistamaxx(商標)、Versify(商標)およびINFUSE(商標)ならびにエチレン/アクリル酸(EEA)コポリマー、エチレン/メタクリル酸(EMAA)アイオノマー、エチレン/酢酸ビニル(EVA)コポリマー、エチレン/ビニルアルコール(EVOH)コポリマー、エチレン/環式オレフィンコポリマー(COC)、ポリプロピレンホモポリマーおよびコポリマー、プロピレン/スチレンコポリマー,エチレン/プロピレンコポリマー、ポリブチレン、エチレン一酸化炭素インターポリマー(例えばエチレン/一酸化炭素(ECO)コポリマー、エチレン/アクリル酸/一酸化炭素ターポリマーなど)である。以下に含まれるまた他のポリマーは、ポリ塩化ビニル(PVC)およびPVCと他の材料とのブレンドである。
本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、最終組成物の総重量に対して1から95重量%の1種以上のスチレンポリマーとブレンドしてよい。スチレンポリマーとしては、例えば結晶性ポリスチレン、高衝撃性ポリスチレン、中衝撃性ポリスチレン、スチレン/アクリロニトリルコポリマー、スチレン/アクリロニトリル/ブタジエン(ABS)ポリマー、シンジオタクチックポリスチレンおよびスチレン/オレフィンコポリマーが挙げられる。代表的なスチレン/オレフィンコポリマーは、好ましくは少なくとも20重量パーセントの、さらに好ましくは25重量パーセント以上の共重合スチレンモノマーを含有する、実質的にランダムなエチレン/スチレンコポリマーである。スチレングラフトポリプロピレンポリマー、例えばHimont,Inc.(現在はBasell)によって最初に開発されたInterly(R)の商品名で提供されるスチレングラフトポリプロピレンポリマーも含まれる。
本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物は、最終組成物の総重量に対して1から99重量%、または最終組成物の総重量に対して50から95重量%、または最終組成物の総重量に対して75から95重量%の1種以上のエンジニアリング熱可塑性物質とブレンドしてよい。得られるブレンドは、本明細書で提供されるブロックコポリマー組成物の非マレイン化組成物およびマレイン化組成物の組み合わせを含み得る。
本明細書および特許請求の範囲の目的のために、「エンジニアリング熱可塑性樹脂」という用語は、以下に挙げるクラスに見出され、さらに米国特許第4,107,131号に記載され、これの開示は参照によりこれの全体が本明細書に組み入れられている、様々なポリマーを包含する。エンジニアリング熱可塑性樹脂としては、これに限定されるわけではないが、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、ポリ(アリールエーテル)およびポリ(アリールスルホン)、ポリカーボネート、アクチル樹脂、ポリアミド、ハロゲン化熱可塑性物質、ニトリルバリア樹脂、ポリ(メチルメタクリレート)および/または環状オレフィンコポリマーが挙げられる。ここでコポリエステルエラストマーは、a)ポリエステルハードセグメントならびにb)ポリエステルソフトセグメントおよびポリエステルフレキシブルセグメントを含むブロックコポリマーである。ポリエステルハードセグメントの例としては、これに限定されるわけではないが、ポリアルキレンテレフタレートおよびポリ(シクロヘキサンジカルボン酸シクロヘキサンメタノール)が挙げられる。ポリエステルソフトセグメントの例としては、これに限定されるわけではないが、ポリブチレンアジペート、ポリテトラメチルアジペートおよびポリカプロラクトンを含む脂肪族ポリエステルが挙げられる。一態様において、ポリエステルは、エステル基および/またはウレタン基を介して共に結合された、高融点ポリエステルのエステル単位のブロックおよび低融点ポリエステルのエステル単位のブロックを含む。
本開示の幾つかの実施形態において、本明細書に開示される種類の官能化(例えばマレイン化)ブロックコポリマーおよび少なくとも1種の熱可塑性エンジニアリング樹脂を含む組成物が検討され、該ブロックコポリマーは、組成物の総重量に対して約1重量%から約99重量%、または組成物の総重量に対して約5重量%から約50重量%、または組成物の総重量に対して約5重量%から約25重量%に及ぶ範囲の量で存在し得る。
本開示のコポリマーは、コポリマー特性に悪影響を及ぼさない他の成分と配合することができる。追加成分として使用することができる例示的な材料としては、制限なく、顔料、酸化防止剤、安定剤、界面活性剤、ワックス、流動促進剤、油、溶剤、微粒子、スクラッチ添加剤および組成物の加工性およびペレット処理を向上させるために添加される材料が挙げられる。
一実施形態において、本明細書に開示される組成物の利用方法の1つ以上は、溶媒との接触を含む。本開示における使用に好適な溶媒は、大気光化学反応への関与が無視できる有機化合物である。例えば、本開示の組成物への包含に好適な溶媒としては、制限なく、エタンメチレンクロリド(ジクロロメタン);1,1,1−トリクロロエタン(メチルクロロホルム);1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン;(CFC−113)トリクロロフルオロメタン;(CFC−11)ジクロロジフルオロメタン;(CFC−12)クロロジフルオロメタン;(HCFC−22)トリフルオロメタン;(HFC−23)1,2−ジクロロ1,1,2,2−テトラフルオロエタン(CFC−114);クロロペンタフルオロエタン(CFC−115);1,1,1−トリフルオロ−2,2−ジクロロエタン(HCFC−123);1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HCFC−134a);1,1−ジクロロ−1−フルオロエタン(HCFC−141b);1−クロロ−1,1−ジフルオロエタン(HCFC−142b);2−クロロ−1,1,1,2−テトラフルオロエタン(HCFC−124);ペンタフルオロエタン(HFC−125);1,1,2,2−テトラフルオロエタン(HFC−134);1,1,1−トリフルオロエタン(HFC−143a);1,1−ジフルオロエタン(HFC−152a);パラクロロベンゾトリフルオリド(PCBTF);環式、分岐または直鎖完全メチル化シロキサン;アセトンペルクロロエチレン(テトラクロロエチレン);3,3−ジクロロ−1,1,1,2,2−ペンタフルオロプロパン(HCFC−225ca);1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(HCFC−225cb);1,1,1,2,3,4,4,5,5,5−デカフルオロペンタン(HFC−43−10mee);ジフルオロメタン(HFC−32);エチルフルオリド(HFC−161);1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236fa);1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245ca);1,1,2,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245ea);1,1,1,2,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245eb);1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(HFC−245fa);1,1,1,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン(HFC−236ea);1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(HFC−365−mfc);クロロフルオロメタン(HCFC−31);1−クロロ−1−フルオロエタン(HCFC−151a);1,2−ジクロロ−1,1,2−トリフルオロエタン(HCFC−123a);1,1,1,2,2,3,3,4,4−ノナフルオロ−4−メトキシ−ブタン(COCH);2−(ジフルオロメトキシメチル)−1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン((CFCFCFOCH);1−エトキシ−1,1,2,2,3,3,4,4,4−ノナフルオロブタン(COC);2−(エトキシジフルオロメチル)−1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン((CFCFCFOC)メチルアセテート;ならびに以下のクラスに分類されるパーフルオロカーボン:(i)環式、分岐または直鎖完全フッ素化アルカン、(ii)不飽和を有さない環式、分岐または直鎖完全フッ素化エーテル、(iii)不飽和を有さない環式、分岐または直鎖完全フッ素化第3級アミン、(iv)不飽和を有さず、炭素およびフッ素のみに硫黄結合を有する硫黄含有パーフルオロカーボンが挙げられる。本開示での使用に好適な溶媒の他の非限定的な例としては、シクロヘキサン、トルエン、n−ヘキサン、n−ヘプタンおよびAromatic 100が挙げられる。
本明細書に記載のコポリマーおよび組成物は、例えば溶剤ベースのホットメルトコーティング、ホットメルト接着剤、単層または多層コーティングにおける感圧接着剤、これに限定されるわけではないが、フィルム、繊維、ウェブ、チューブ、消費財、異形材、オーバーモールド、皮膜、強化硬質物品などを含む射出成形または押出成形品を含む、多種多様の用途で有用である。
全ての実施例において、25℃のトルエン中で20%ポリマー含有量にて溶液粘度を測定した。
[実施例1]
7.3kg/molのスチレンブロック数平均分子量(GPCによって測定)、14.2kg/molの非水素添加ブタジエンブロック真の分子量および94.5%のカップリング効率(2アーム+3アームポリマー、GPCにより測定)を有する、アニオン重合され、選択的水素添加されたメチルトリメトキシシラン(MTMS)カップリングS−EBxブロックコポリマー。リチウム/シリカ比(通例、0.45)は、最小量の非カップリング1アームポリマー(通例、10%未満)を有する3アームポリマーよりも、より直鎖(2アーム)のポリマーを生成すように設定した。その後の2アーム濃度は69%であり、真の分子量は42.5kg/molであった。優れた強度および弾性を得るために、高いカップリング効率(2アームおよび3アーム)が必要である。ポリマーの溶融粘度および溶液粘度を低下させるには、高い2アームポリマー濃度が好ましい。本実施例は、30重量パーセントのスチレン(プロトンNMRにより測定)におけるスチレンブロック分子量の上方範囲を表す。表1は、様々な実施例のスチレンブロック分子量、Bブロック分子量、カップリング効率、2アーム濃度、2アーム分子量、スチレン濃度のパーセントおよび溶液粘度を示す。表2は、様々な実施例の100%弾性率、引張強度、破断伸びおよびメルトフローを示す。
[実施例2]
数平均ブロック分子量5.5kg/mol、Bdブロック分子量13.8kg/molおよびカップリング効率90%を有する、アニオン重合され、選択的水素添加されたMTMSカップリングS−EBxブロックコポリマー。実施例1と同様に、リチウム/シリカ比は、高い2アームポリマー濃度(73%)および1アームポリマー濃度の最小量について調整した。この例は、30%スチレンにおけるスチレンブロックの分子量の下端を表す(より詳細には、表1および表2を参照されたい)。
[実施例3]
スチレンブロック分子量5.9kg/mol、Bdブロック分子量18.8kg/molおよびカップリング効率92%を有する、アニオン重合され、選択的水素添加されたMTMSカップリングS−EBxブロックコポリマー。実施例1および2と同様に、2アーム濃度は高く(83%)、1アーム濃度は低い。この実施例は、25%スチレンにおける真の分子量(2アームポリマー)の上方範囲を示す(詳細については、表1および2を参照されたい)。
Figure 0006764929
[実施例4]
7.1kg/molの第1のスチレンブロック分子量および約37kg/molのブタジエンブロック分子量および8から8.3kg/molの第2のスチレンブロック(第3のブロック)分子量を有する、アニオン重合され、選択的水素添加された完全逐次型S−EB−Sブロックコポリマー。このポリマーは、完全逐次ポリマーと同等のカップリングポリマー(実施例1)との差を示す。溶液粘度は、実施例4(465cP)と比較して、実施例1(214cP)で著しく低い(表1を参照されたい)。
[実施例5]
スチレンブロック分子量6.5kg/molおよびブタジエンブロック分子量29.5kg/molおよび90%を超えるカップリング効率を有する、アニオン重合され、選択的水素添加されたMTMSカップリングS−EBxブロックコポリマー。実施例と同様に、2アーム濃度は高い(80%を超える)。このポリマーはAtwoodらの中範囲分子量(ポリスチレン濃度が19%と比較的低いため、Bd分子量は29.5kg/molである)に相当する。溶液粘度は、それぞれ260cPおよび360cPの実施例1および3よりも著しく高い。
[実施例6]
スチレンブロック分子量8.5kg/molおよびブタジエンブロック分子量20kg/molおよび90%を超えるカップリング効率を有する、アニオン重合され、選択的水素添加されたMTMSカップリングS−EBxブロックコポリマー。実施例と同様に、2アーム濃度は高い(80%を超える)。このポリマーはAtwoodらの低範囲分子量(Bd分子量は20kg/molであり、ポリスチレン濃度は30%である)に相当する。溶液粘度は、それぞれ260cPおよび360cPの実施例1および3よりも著しく高い。
Figure 0006764929
表2の実施例の機械的特性は、比較的低いスチレンブロック分子量(スチレンブロックコポリマーにおける強度および弾性率の供給源の1つ)および低い溶融粘度(高いMFRまたはより低い分子量)によって、強く強靭な(破断伸び)キャストフィルムが得られることを示している。表2の実施例2および3の引張強度、破断伸びおよびMFRを表2の実施例4と比較すること。同様に、スチレンブロックが十分に小さい(実施例1)、またはポリスチレンのパーセントが低い(実施例3)場合、表2は、等しい二軸機械的特性(MDおよびCD方向での同様の弾性率)を達成できることを示す。しかし、スチレンブロックサイズがより大きい場合(実施例1および実施例4)、機械的特性、特に弾性率は、機械方向に強く偏って異方性となる(より高い弾性率)。
[実施例7]
実施例2および5MFRのポリプロピレンランダムコポリマー(coPP)を含む化合物を調製した。キャストフィルムは、70重量%(実施例2)および30重量%の5MFRポリプロピレンランダムコポリマーからなるブレンドから調製した。フィルムの特性(弾性率、引張強度および破断伸び)は、著しく高い分子量のスチレン系ブロックコポリマー(実施例4)で調製した化合物と機能的に同等であったが、化合物は粘度がはるかに低く、実施例4を用いて調製した化合物よりも高いメルトフローレート(24.2g/10分対2.5g/10分、MFR)を示した。表3を参照されたい。実施例7のより低い粘度により、収率を上昇させ、エネルギーコストを低減する、より高いスループット率がより低温で得られる。
[実施例8]
実施例4および5MFRのポリプロピレンランダムコポリマーを含む化合物。この化合物は、実施例7よりも低いメルトフローレート(2.5g/10分MFR)によって示されるように、著しくより高い粘度である。
Figure 0006764929
[実施例9]
本実施例は、実施例2を使用するホットメルト接着剤配合物を示す。表4を参照されたい。表5および図1は、より高分子量の実施例4を用いて調製した同等の配合物と比較して、同等の接着性能(剥離強度および破損モード)と共に、(温度の関数として)より低い粘度を達成できることを示している。しかし、実施例2のスチレンブロックの分子量がより低いため、環球軟化温度ならびに剪断接着剤破壊温度(SAFT)は、実施例4を用いて調製した接着剤配合物よりも低く、このことは、以下の実施例10に示されるようにより低い配合粘度をなお維持しながら、他のS−EB−Sポリマーの添加によって相殺することができる。Kraton G1650は、中分子量の市販のSEBSポリマーである。
Figure 0006764929
Figure 0006764929
[実施例10]
高い引張強度を有する低粘度のマレイン化SEBSポリマーについて満たされていない産業ニーズがある。本明細書で開示する種類のSEBSのマレイン化は、25mm Berstorff押出機で行った。SEBS、無水マレイン酸(MA)およびLUPEROX 101(フリーラジカル開始剤)は、マレイン化のために押出機に供給する前に、乾式ブレンドによって予備混合した。0.5%から2.0%の間の2つの異なるマレイン化レベルを調査した。表6は、1.5%供給MAを用いて本明細書に開示する種類のSEBSのマレイン化の処方、処理条件および結果、#15、16、および17を示す。比較のために、マレイン化比較ポリマー(#19)および市販のマレイン化SEBS(#20)についての結果も表7にまとめた。結合MA%および遊離MA%に基づいて、#16および#19(どちらも実験室設備で調製)は、市販製品#20に非常に近い。
図2は、本明細書(#16)で所望される種類のマレイン化SEBSが、マレイン化比較ポリマー(#19)よりはるかに低い剪断粘度を有することを示す。実験室でマレイン化した比較ポリマーは、市販のマレイン化SEBSよりも高い剪断粘度を有するため、本明細書に開示する種類のマレイン化SEBSは、より過酷な加工条件のために、さらに低い剪断粘度を有することが予想される。
サンプル#16−=、19および20の引張特性を表7に示す。全てのサンプルは許容される引張特性を有する。
Figure 0006764929
Figure 0006764929
結合MA%は、約1780cm−1(C=O伸縮に起因する)および約1600cm−1(ベンゼン環伸縮に起因)における数平均高さ比に基づいて、精製サンプルのFTIRによって求めた。滴定またはNMRによって予め求めた結合MA%を有するマレイン化サンプルに基づいて検量線を作成した。精製は、トルエンへの溶解/イソプロパノール中での沈殿を3サイクル行って非結合MAまたは遊離MAを除去した後に、80℃にて恒量まで乾燥させ、さらに140℃で7時間乾燥させて、加水分解した二塩基酸生成物を全て無水物基に変換した。遊離MA%は、未精製サンプルおよび精製サンプルの両方についてMA%を測定し、これの結果の差を計算することによって計算した。引張特性は、ASTM D412に従って、溶液キャストフィルムサンプルで測定した。ミニDダイを用いて試験片を切断し、50mm/分の引張速度を使用した。
[実施例11]
本実施例は、実施例4を使用するホットメルト接着剤配合物を示す。表4を参照されたい。図3は、実施例4を用いて調製した配合物が、実施例2を用いて調製した同等の配合物よりも著しく高い粘度を有することを示す。表5は、実施例4のより大きいスチレンブロックサイズによって、より高い環球軟化温度およびSAFTが得られることを示す。しかし、接着性能(剥離強度および破壊モード)は実施例2の配合物と同等であった。
[実施例12]
アニオン重合し、選択的水素添加したポリマーを、Atwoodらの最低MW範囲(30% PSE、8.5kg/molスチレンブロック)で調製した。このポリマーをポリマーZと呼んだ。ポリマーZの分析を行い、データを表8および9に示した。(表9に示すような)ポリマーZの引張強度が高いにもかかわらず、ポリマーZは所望の範囲(100から400cps)の溶液粘度を有さない。引張強度は、ASTM D412法に従って測定した。
Figure 0006764929
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[実施例12]
低いVOC含有量を有する低粘度のスランプ耐性シーラントは、様々な用途で望ましい。基本的なシーラント配合物は、成分を溶媒に添加し、室温で完全に溶解するまで回転させることによって製造した。次に、配合物をDACミキサーで、外部から熱を加えずに、滑らかで均一となるまで約1から3分間混合した。シーラントの1インチビーズを長さ6インチのステンレス鋼チャネルに塗布し、ASTM C639に従って耐スランプ性を測定した。
ASTM C639は、「エラストマーシーラントのレオロジー(流動)特性のための標準試験方法(Standard Test Method for Rheological (Flow) Properties of Elastomeric Sealants)」と題されている。この試験方法は、単一成分および多成分の化学硬化性シーラントのレオロジー(流れ)特性を求めるために使用される。本明細書に記載のレオロジー試験は、タイプ2のジョイントシーラントによって室温にて行った。サンプルおよびチャネルは、試験前に室温で調整した。スランプ測定は、垂直配置の6時間後に記録した。これらの結果を表10に示す。この試験方法は、2011年6月1日に承認され、2011年8月に公開され、これの内容は、参照により全体が本明細書に組み入れられる。
実施例4のポリマーで調製したシーラントは、粘度が高すぎて、250g/L未満のVOCを実現することができない。しかし、実施例2のポリマーで調製したシーラントは低粘度であり、VOC除外溶媒(PCBTFなど)を用いてさらに改質して、100g/L未満の算出VOC含有量および許容される耐スランプ性(1インチ未満)を実現すると共に、塗布に好適な粘度要件を実現することができる。比較のために、別の低粘度ポリマーである、同様に低粘度および100g/L未満の算出VOCを与えるが、1インチ未満の耐スランプ性を実現しない、ポリマーXを評価した。ポリマーXは、USSN 13/243,533に記載されているポリマー2に類似している。従って、ポリマーXのように低粘度のみを有することは、低粘度、低VOC、耐スランプ性シーラントに対する要求を満足しないが、実施例2はこの要求を十分に満足することが示されている。
Figure 0006764929
追加の開示
本開示の以下の示す態様を、非限定的な例として提供する。
ブロックコポリマー組成物であって、
(a)一般式:(A−B)4Xで表される、数平均分子量が40,000から120,000の四分岐ブロックコポリマー(IV)
(b)一般式:(A−B)3Xで表される、数平均分子量が30,000から90,000の三分岐ブロックコポリマー(III)、
(c)一般式:(A−B)2Xで表される、数平均分子量が20,000から60,000の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
(d)一般式:A−Bで表される、数平均分子量が10,000から30,000の直鎖ジブロックコポリマー(I)
を含み、式中、
(i)Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Aブロックは4,000から7,500g/molの範囲の数平均分子量を有し、
(ii)Bは共役ジエンのポリマーブロックを表し、Bブロックは7,000から20,000g/molの範囲の重量平均分子量を有し、および
(iii)Xはアルコキシシランカップリング剤の残基を表す、
ブロックコポリマー組成物である、第1の態様。
アルコキシシランカップリング剤が式:Rx−Si−(OR’)yを有し、式中、xは0または1であり、x+y=4であり、RおよびR’は同じであるか、または異なり、Rはアリール炭化水素基、直鎖アルキル炭化水素基および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択され、R’は直鎖および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択される、第1の態様の組成物である、第2の態様。
ブロックコポリマー組成物が、
(a)ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の四分岐ブロックコポリマー(IV)、
(b)ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の三分岐ブロックコポリマー(III)、
(c)ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
(d)ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0から90重量%の直鎖ジブロックコポリマー(I)を含む、第1の態様から第2の態様のいずれかの組成物である、第3の態様。
ブロックコポリマー組成物が、25℃の20重量%のトルエン中で測定したときに、100から400センチポアズ(cP)の範囲の溶液粘度を有する、第1から第3の態様のいずれかの組成物である、第4の態様。
ブロックコポリマー組成物が、25℃の20重量%のトルエン中で測定したときに、140から375センチポアズ(cP)の範囲の溶液粘度を有する、第4の態様の組成物である、第5の態様。
ブロックコポリマー組成物が、230℃にて5kgの荷重で測定したときに、20から200g/10分の範囲のメルトフローレートを有する、第1から第5の態様のいずれかの組成物である、第6の態様。
ブロックコポリマー組成物が、溶融キャストフィルム上で測定したときに、2000から8000psiの範囲の引張強度を有する、第1から第6の態様のいずれかの組成物である、第7の態様。
ブロックコポリマー組成物が、1.4未満のMD/CD 300%弾性率に基づく異方性比を有する、第1から第7の態様のいずれかの組成物である、第8の態様。
ブロックコポリマー組成物の少なくとも1つのブロックが官能化されている、第1から第8の態様のいずれかの組成物である、第9の態様。
官能化が酸化合物またはこれの誘導体によるグラフト化を含む第9の態様の組成物である、第10の態様。
前記酸化合物またはこれの誘導体が無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸およびこれの誘導体からなる群から選択される第10の態様の組成物である、第11の態様。
前記酸化合物またはこれの誘導体が無水マレイン酸またはマレイン酸である第10の態様の組成物である、第12の態様。
(i)約1から約99重量%の、ポリアミド、ポリエステルおよびこれのコポリマーならびにポリウレタンからなる群から選択されるエンジニアリング熱可塑性樹脂、ならびに(ii)約1から約99重量%の請求項12に記載の組成物を含む混合物である、第13の態様。
ブロックコポリマー組成物であって、
(a)一般式:(A−B)4Xで表される、数平均分子量が40,000から120,000の四分岐ブロックコポリマー(IV)
(b)一般式:(A−B)3Xで表される、数平均分子量が30,000から90,000の三分岐ブロックコポリマー(III)、
(c)一般式:(A−B)2Xで表される、数平均分子量が20,000から60,000の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
(d)一般式:A−Bで表される、数平均分子量が10,000から30,000の直鎖ジブロックコポリマー(I)
を含み、式中、
(i)Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Aブロックは4,000から7,500g/molの範囲の数平均分子量を有し、
(ii)Bは共役ジエンのポリマーブロックを表し、Bブロックは7,000から20,000g/molの範囲の重量平均分子量を有し、および
(iii)Xはアルコキシシランカップリング剤の残基を表し、
約100cpから約400cpの溶液粘度を有するブロックコポリマー組成物である、第14の態様。
ASTM D412またはASTM D638に従って測定した場合、約4000psiから約6000psiの引張強度を有する第14の態様の組成物である、第15の態様。
少なくとも1つのブロックコポリマーがマレイン化されている第14から第15の態様のいずれかの組成物である、第16の態様。
エンジニアリング熱可塑性樹脂をさらに含む第14から第16の態様のいずれかの組成物である。第17の態様。
(i)約5重量%から約95重量%の、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、非晶質ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマーおよびこれのコポリマーからなる群から選択されるポリオレフィンならびに(iii)約5重量%から約95重量%の請求項1に記載の組成物を含む混合物である、第18の態様。
(i)約10重量%から約50重量%の粘着付与樹脂、(ii)約20重量%から約60重量%の油および(iii)約15重量%から約35重量%の請求項1に記載の組成物を含む混合物である、第19の態様。
(i)約10重量%から約50重量%の粘着付与樹脂および(ii)約50重量%から約90重量%の請求項1の組成物を含む混合物である、第20の態様。
a)(i)約0.01重量%から約50重量%のポリスチレンポリマーまたはii)約0.01重量%から約30重量%の油の少なくとも1つおよび(b)約20重量%から約80重量%の請求項1に記載の組成物を含む混合物である、第21の態様。

Claims (15)

  1. ブロックコポリマー組成物であって、
    a.任意で5重量%以下の一般式:(A−B) Xで表される、数平均分子量が40,000から120,000の四分岐ブロックコポリマー(IV)
    b.0超過から60重量%の一般式:(A−B) Xで表される、数平均分子量が30,000から90,000の三分岐ブロックコポリマー(III)、
    c.40から95重量%の一般式:(A−B) Xで表される、数平均分子量が20,000から60,000の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
    d.2から10重量%の一般式:A−Bで表される、数平均分子量が10,000から30,000の直鎖ジブロックコポリマー(I)
    を含み、式中、
    i.Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Aブロックは4,000から7,000g/molの範囲の数平均分子量を有し、
    ii.Bは共役ジエンのポリマーブロックを表し、Bブロックは7,000から13,000g/molの範囲の平均分子量を有し、および
    iii.Xはアルコキシシランカップリング剤の残基を表す、
    ブロックコポリマー組成物。
  2. アルコキシシランカップリング剤が式:Rx−Si−(OR’)yを有し、式中、xは0または1であり、x+y=4であり、RおよびR’は同じであるか、または異なり、Rはアリール炭化水素基、直鎖アルキル炭化水素基および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択され、R’は直鎖および分岐アルキル炭化水素基からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
  3. ブロックコポリマー組成物が、
    a.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して任意で5重量%以下の四分岐ブロックコポリマー(IV)、
    b.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して0超過から36重量%の三分岐ブロックコポリマー(III)、
    c.ブロックコポリマー組成物の総重量に対して60から95重量%の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
    d.ブロックコポリマー組成物の総重量に対してから重量%の直鎖ジブロックコポリマー(I)を含む、請求項1または2に記載の組成物。
  4. ブロックコポリマー組成物が、25℃で、20重量%トルエン溶液中で測定したときに、100から400センチポアズ(cP)の範囲の溶液粘度を有する、請求項1または2に記載の組成物。
  5. ブロックコポリマー組成物が、荷重5kg、230℃にて測定したときに、20から200g/10分の範囲のメルトフローレートを有する、請求項1または2に記載の組成物。
  6. ブロックコポリマー組成物が、溶融キャストフィルムで測定したときに、2000から8000psiの範囲の引張強度を有する、請求項1または2に記載の組成物。
  7. ブロックコポリマー組成物が、1.4未満のMD/CD 300%弾性率に基づく異方性比を有する、請求項1または2に記載の組成物。
  8. ブロックコポリマー組成物の少なくとも1つのブロックが官能化され、かつ官能化が酸化合物またはこれの誘導体によるグラフト化を含む、請求項1または2に記載の組成物。
  9. 前記酸化合物またはこれの誘導体が無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸およびこれの誘導体からなる群から選択される、請求項1または2に記載の組成物。
  10. ブロックコポリマー組成物であって、
    任意で5重量%以下の一般式:(A−B) Xで表される、数平均分子量が40,000から120,000の四分岐ブロックコポリマー(IV)
    0超過から60重量%の一般式:(A−B) Xで表される、数平均分子量が30,000から90,000の三分岐ブロックコポリマー(III)、
    40から95重量%の一般式:(A−B) Xで表される、数平均分子量が20,000から60,000の二分岐ブロックコポリマー(II)、および
    2から10重量%の一般式:A−Bで表される、数平均分子量が10,000から30,000の直鎖ジブロックコポリマー(I)
    を含み、式中、
    Aはモノアルケニルアレーンのポリマーブロックを表し、Aブロックは4,000から7,000g/molの範囲の数平均分子量を有し、
    Bは共役ジエンのポリマーブロックを表し、Bブロックは7,000から13,000g/molの範囲の平均分子量を有し、および
    Xはアルコキシシランカップリング剤の残基を表し、
    25℃で、20重量%トルエン溶液中で測定したときに、100cpから400cpの溶液粘度を有するブロックコポリマー組成物。
  11. ASTM D412またはASTM D638に従って測定した場合、4000psiから6000psiの引張強度を有する、請求項10に記載のブロックコポリマー組成物。
  12. 少なくとも1つのブロックコポリマーがマレイン化されている、請求項10または11に記載のブロックコポリマー組成物。
  13. (i)5重量%から95重量%の、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、非晶質ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマーおよびこれのコポリマーからなる群から選択されるポリオレフィンならびに(iii)5重量%から95重量%の請求項1または2に記載の組成物を含む混合物。
  14. (i)10重量%から50重量%の粘着付与樹脂および(ii)50重量%から90重量%の請求項1または2に記載の組成物を含む混合物。
  15. a)i)0.01重量%から50重量%のポリスチレンポリマーおよびii)0.01重量%から30重量%の油の少なくとも1つならびに(b)20重量%から80重量%の請求項1または2に記載の組成物を含む混合物。
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